Оперативное регулирование динамической настройки технологических систем

Регулирование динамической настройки выполняется непос­редственно в процессе формообразования того комплекса по­верхностей, качество которых необходимо обеспечить. Выпол­нить это можно одним из следующих способов:

1) поддержанием заданного уровня статической настройки путем введения корректирующих управляющих воздействий, учи­тывающих случайные составляющие векторов входных перемен­ных и условий;

2) автоматическим генерированием, поддержанием и изме­нением наиболее оптимального для данных условий уровня настройки, гарантированно обеспечивающего заданное качество.

В системах, обеспечивающих регулирование динамической на­стройки, наблюдается наиболее полный компромисс принципов активного контроля и адаптации. Контроль и управление осуще­ствляются, как правило, по составляющим вектора условий.

На рис. 3.12 показана блок-схема широкоуниверсального сле­дящего гидравлического люнета для токарных станков с ЧПУ, сконструированного в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Резец 1, установленный в револьверном суппорте, выполня­ет обработку цилиндрической поверхности заготовки 2. В кон­такте с заготовкой находятся опорные ролики 3 люнета. Коро­мысло люнета расположено на штоке гидроцилиндра 8. Управ­ление перемещениями опорных роликов 3 люнета осуществляется с помощью технологических команд ЧПУ, обеспечивающих включение либо левой, либо правой обмотки реверсивного золотни­ка 7.

Рис. 3.12. Блок-схема широкоуниверсального сле­дящего гидравлического люнета для токарных станков с ЧПУ

Это обеспечивает перемещение штока гидроцилиндра 8 к заготовке или в крайнее от нее положение. Выполнение необхо­димых перемещений контролируется датчиками положения 5, 6. Силы резания, возникающие при обработке заготовки, контро­лируются датчиками 4, 11. Сигналы от датчиков 4, 11 сравнива­ются в блоке 10. При наличии сигнала рассогласования подает­ся команда на управляющий золотник 9. Последний обеспечи­вает перемещение штока в нужном направлении до тех пор, пока силы на штоке и суппорте не уравняются (сигнал рассогласова­ния становится равным нулю). Таким образом, радиальная со­ставляющая силы резания уравновешивается силой на люнете, что исключает деформацию заготовки.

Рассмотренная система является самонастраивающейся. В системах управления и обеспечения качества продукции все бо­лее широкое применение находят средства вычислительной тех­ники. В МГТУ им. Н.Э. Баумана была разработана система уп­равления точностью диаметральных размеров и положением осей отверстий заготовок, обрабатываемых на многооперационных станках (рис. 3.13). Обрабатываемая заготовка 1 установлена в приспособлении на столе многооперационного станка 4, имею­щего собственную измерительную систему. Управление станком осуществляет устройство ЧПУ 9. Электронное устройство управ­ления 6 с терминалом ввода-вывода данных 7 соединена интер­фейсами сопряжения 5 и связи 8 с измерительной системой станка 4 и устройством ЧПУ 9, управляющим приводами 10 станка.

Рис. 3.13. Блок-схема системы управления точностью диаметральных размеров и положением осей отверстий

На программоносителе перед управляющей программой об­работки заготовки записаны дополнительная программа, содер­жащая данные о заготовке, и подпрограмма измерения первич­ных погрешностей заготовки. С терминала 7 в устройство 6 вво­дят дополнительные данные об условиях обработки, о жесткости технологической системы, используемых инструментах и мате­риале. После ввода программоносителя перед началом обработки отрабатывается подпрограмма измерения заготовки. Измеритель­ный щуп 2 по командам подпрограммы измерения устанавлива­ется в шпиндель станка и автоматически с помощью устройства передачи сигнала 3 подключается к измерительной системе стан­ка. Измерение каждого элемента заготовки выполняется в строго определенной в подпрограмме последовательности.

Станок на этом этапе выполняет функции измерительной ма­шины. С программоносителя в устройство 6 передается код схе­мы измерения элемента и команды на прием и обработку ре­зультатов измерения. По подпрограмме измерения щуп 2 на ус­коренной подаче подходит к измеряемой поверхности заготов­ки 1 до касания. В момент касания щуп выдает сигнал в виде импульса, который является командой для остановки движения и передачи в управляющее устройство значений координат, со­ответствующих моменту касания с измерительной системой стан­ка 4. В соответствии с индивидуальной для каждого элемента стратегией измерения проводится необходимое число замеров и переход к следующему измеряемому элементу. Обработка результатов выполняется между измерениями. Определяются положе­ние заготовки в системе координат станка, погрешности заго­товки, ожидаемая точность обработки отверстий. Ожидаемая точ­ность сравнивается с заданной, введенной с программоносителя. При удовлетворительном результате заготовка обрабатывается по основной (заданной) управляющей программе, при отрицатель­ном — выполняется необходимая корректировка условий обра­ботки (смещение оси отверстия от настроечного размера или изменение режима резания).

Применение рассмотренной системы позволяет обеспечить точность позиционных отклонений оси отверстий не ниже 0,01 мм, а диаметральных размеров до 0,015 мм при уменьше­нии числа предварительных переходов растачивания отверстий.

Большинство известных реализаций самоприспосабливающихся (адаптивных) систем в целом, хотя и считаются системами регулирования динамической настройки, обеспечивают поддержание заданного уровня статической настройки путем компенсации дей­ствия случайных составляющих векторов входных переменных и условий. Адаптивная система, схема которой изображена на рис. 3.14, предназначена для компенсации упругих деформаций технологической системы под действием сил резания.

На фрезерном станке с ЧПУ обрабатывается заготовка 4 кон­цевой фрезой 5. Управление приводами 11 подач осуществляет устройство ЧПУ 1. Возникающие при обработке силы резания вызывают упругие деформации технологической системы, фик­сируемые датчиком 6. Заданное управляющей программой по­нижение контролирует датчик 2. Сигналы датчиков сравнивают­ся в сумматоре 8. При возникновении сигнала рассогласования последний усиливается усилителем 7 и подается на вход испол­нительного элемента привода управления 9. Исполнительный элемент 9 сдвигает верхнюю плиту накладного динамометричес­кого стола 3 вместе с установленной на ней заготовкой относи­тельно стола 10 станка. Расстояние и направление корректиру­ющего перемещения соответствуют значению и направлению де­формации технологической системы.

Рис. 3.14. Блок-схема адаптивной системы, обеспечивающей компенсацию упругих де­формаций технологической системы

На рис. 3.15 приведена общая схема системы адаптивного управления качеством заготовки 1 при шлифовании кругом 2. Данные о диаметре D, шероховатости Ra поверхности заготовки и радиальной силе Р шлифования в виде электрических сигналов от соответствующих датчиков поступают в электронные пре­образующие устройства 3, откуда их значения поступают на ана­логовый вход вычислительной машины 4.

Рис. 3.15. Блок-схема системы адаптивного управления качеством обрабатываемой заготовки при шлифовании

Сигнал работы А шли­фования определяется по скорости изменения измеряемого диа­метра D заготовки. Вычислительная машина в зависимости от измеренных и вычисленных параметров (Ra, Р, D, А) оптимизи­рует значение поперечной подачи S_поп, передаваемой в управля­ющее устройство 5, где оно кодируется и поступает в виде элек­трического сигнала на шаговый электродвигатель 6. Сигнал ра­диальной силы Р шлифования также поступает на управляющее устройство для своевременного переключения быстрого подвода круга на рабочую подачу при соприкосновении круга с заготов­кой и остановки станка, если радиальная сила шлифования пре­высит допустимую.

Системы с прямым контролем нашли широкое применение для компенсации погрешностей размера при врезном наружном и внутреннем шлифовании, компенсации погрешности формы шеек валов в продольном сечении при обтачивании на токар­ных станках и т.д. На рис. 3.16 показан пример использования системы с прямым контролем для управления точностью разме­ра при шлифовании желоба кольца подшипников.

Рис. 3.16. Схема управления точностью раз­мера при прямом контроле: а — схема измерения; б — схема шлифования

Управление приводами станка осуществляется по результа­там контроля диаметрального размера измерительной головкой, расположенной в корпусе 1. Измерительный шток 2 с алмазным наконечником вводится в желоб. В процессе шлифования по мере увеличения диаметра желоба шток 2 поднимается. Под дей­ствием кольца 3 крестообразная пружина 4 изгибается и откло­няет подвижный контакт 5. При его отходе от неподвижного контакта 7 дается команда исполнительным органам станка на переход с чернового шлифования на чистовое. По достижении заданного размера подвижный контакт 5 замыкается с непод­вижным 6 и процесс шлифования прекращается.

Эффективность систем управления и в особенности систем оперативного регулирования динамической настройки в значи­тельной мере определяется эффективностью применяемых в них диагностических датчиков, по сигналам которых выдаются не­обходимые управляющие команды.

В зависимости от задач контроля и контролируемых пара­метров при управлении ТП применяют датчики следующих групп: датчики контроля качества обработки (точности размеров и взаимного расположения поверхностей), точности установки за­готовок, размерного износа инструмента, точности настройки инструмента, температурных деформаций заготовки и оборудо­вания;

датчики сил резания и упругих деформаций элементов тех­нологической системы, а также состояния (износ и поломка) режущего инструмента;

датчики контроля состояния элементов технологической си­стемы и системы управления.